[发明专利]一种多孔介质生物堵塞模拟测试装置及模拟测试评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种堵塞模拟测试装置及模拟测试评估方法，特别是关于一种多孔介质生物堵塞模拟测试装置及模拟测试评估方法。

背景技术

多孔介质是由固体物质组成的骨架和由骨架分隔成大量密集成群的微小空隙所构成的物质。当富含悬浮物、溶解盐、化学沉淀、有机物、微生物等物质的水流通过多孔介质时，极易导致多孔介质渗透系数降低，孔隙度减小，从而造成多孔介质系统的堵塞。多孔介质堵塞根据成因可分为物理、化学和生物堵塞。物理堵塞是指水中含有的有机（生物残体）或无机（砂、淤泥和粘粒）颗粒物引起的堵塞，主要与颗粒物粒径有关；化学堵塞主要是由水中的碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐、硅酸盐、氢氧化物、铁离子、锰离子、钙离子、硫化物等物质的沉淀附着在渗滤介质上而引起的堵塞；生物堵塞是指水体中微生物在多孔介质中附着、生长、脱落而引起的堵塞。引起堵塞的主要物质是固体颗粒，但有研究表明这并不是最先引起堵塞的原因，而是源自微生物在不规则形状的多孔介质表面附着、聚集，水流中固体悬浮颗粒物的不断沉积粘附作用下形成生物膜，而导致的多孔介质堵塞，也就是说多孔介质生物堵塞与微生物在多孔介质表面的附着、成膜、生长有着密切的关系。多孔介质中生物堵塞和生物膜的形成受颗粒物大小、溶液离子强度、介质表面特性和粒径级配以及水动力条件等多种因素影响，这已经成为水利、环境交叉学科领域研究的热点问题。

如何构建适宜精细测试多孔介质生物堵塞过程的装置，构建堵塞状态及其对水分、污染物运移效应的评价方法已成为目前急需解决的问题。目前国内已有多孔介质中水流运动及微生物运移的观测装置和方法的研究报道：公开号为CN101504351A的发明专利申请“砂层渗流淤堵模拟装置”，通过在试验箱体上装置测压采样阀门，正反向驱动水泵向实验箱体供水，实现观测地下水源热泵系统的颗粒物和气泡渗流淤堵问题；公开号为CN100389317的发明专利“生物淤积监测器及监测或检测生物淤积的方法”，利用填充材料两端水压力的变化判断填充材料发生生物淤积的程度。然而，这类装置的智能化程度较低、水源中物质均匀度保障程度较低，缺乏对于堵塞状态及其对水分、污染物运移影响效应的评价方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种智能化程度高，用于研究河床包气带介质、地下水回灌介质中微生物在多孔介质中生长，产生多孔介质生物堵塞，进而对水分入渗和污染物运移产生影响的多孔介质生物堵塞模拟测试装置及模拟测试评估方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种多孔介质生物堵塞模拟测试装置，其特征在于：它包括生物堵塞模拟装置、循环供水装置、搅拌装置和压力采集装置；所述生物堵塞模拟装置包括若干生物堵塞模拟单体，所述生物堵塞模拟单体包括第一柱体和第二柱体；所述第一柱体中空、顶部开口，底部密封，所述第二柱体中空、顶部和底部均开口，所述第二柱体的底部与所述第一柱体的顶部通过法兰盘连接；所述第一柱体的下部侧壁上设置有进水口，所述进水口上方设置有连接进水压力传感器的安装口；所述第一柱体内、所述安装口的上方设置有第一透水板，所述第一透水板上间隔设置有若干透水孔；所述第一柱体和第二柱体的连接处设置有第二透水板，所述第二透水板上间隔设置有若干透水孔，所述第二柱体的下部侧壁上设置有连接出水压力传感器的安装口，该所述安装口的上方设置有出水口；所述第一透水板和第二透水板之间用于填充多孔介质；所述循环供水装置包括储水罐，所述储水罐内通过管路连接位于所述储水罐外部的蠕动泵的输入端，所述蠕动泵的输出端通过管路连接各所述第一柱体上的进水口；各所述第二柱体顶部的出水口通过管路连接回所述储水罐内；所述搅拌装置包括设置在所述储水罐顶部的电动机，所述电动机的输出端连接一搅拌轴，所述搅拌轴插入所述储水罐内，所述搅拌轴上设置有搅拌叶片；所述压力采集装置包括压力采集控制器，所述压力采集控制器的输入端电连接各所述第一柱体上的进水压力传感器和各所述第二柱体上的出水压力传感器；所述压力采集控制器的输出端电连接计算机。

所述储水罐内插设有若干条蠕动泵水管，各所述蠕动泵水管的另一端连接位于所述储水罐外部的所述蠕动泵的输入端，所述蠕动泵的输出管分别通过一转接头对应连接若干条第一柱体供水管，各所述第一柱体供水管的输出端分别对应连接各所述第一柱体上的进水口；各所述第二柱体顶部的出水口分别连接一出水支管、各所述出水支管的输出端连接同一出水干管，所述出水干管的输出端连接回所述储水罐内。